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公開番号2024104756
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-06
出願番号2023009087
出願日2023-01-25
発明の名称ガスセンサ素子
出願人株式会社デンソー
代理人弁理士法人あいち国際特許事務所
主分類G01N 27/409 20060101AFI20240730BHJP(測定;試験)
要約【課題】センサ出力信頼性に優れたガスセンサ素子を提供する。
【解決手段】センサセル10と信号リード部5とを有するガスセンサ素子1である。センサセル10は長尺状の固体電解質体2と測定電極3と基準電極4とから構成される。信号リード部は、測定電極に接続されるとともに基端側に伸びる。ガスセンサ素子の先端領域110には空気層61が信号リード部5の固体電解質側接地面51に形成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
酸素イオン伝導性を有する長尺状の固体電解質体（２）と測定電極（３）と基準電極（４）とから構成されたセンサセル（１０）と、
上記測定電極に接続されるとともに基端側に伸びる信号リード部（５）と、を有するガスセンサ素子（１）であって、
該ガスセンサ素子の測定対象ガスとの接触領域（１１）の先端側５０％にある先端領域には、空気層（６１）が上記信号リード部の固体電解質側接地面（５１）に形成されている、ガスセンサ素子。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
上記固体電解質側接地面が上記信号リード部の上記固体電解質体との接地面である、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項３】
さらに、上記固体電解質体と上記信号リード部との間に絶縁層（８１）を有し、上記固体電解質側接地面が上記信号リード部の上記絶縁層との接地面である、請求項１に記載のガスセンサ素子。
【請求項４】
上記固体電解質側接地面には、下記（１）～（３）の手順によって測定される空気層率Ｅが１０％以上となる空気層領域が形成されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
（１）上記ガスセンサ素子の長手方向と直交する平面での断面における上記信号リード部の倍率４０００倍の走査型電子顕微鏡画像を上記信号リード部の異なる５つの部位において撮影する。
（２）各走査型電子顕微鏡画像内における上記信号リード部の輪郭線長Ｓ
A
及び上記空気層の輪郭線長Ｓ
B
を測定し、下記式（Ｉ）及び下記式（II）に基づいて信号リード部長Ｌ
A
及び空気層長Ｌ
B
を算出し、さらに下記式（III）に基づいて、空気層率の算出用データＥ
*
を算出することにより、各走査型電子顕微鏡画像での算出用データＥ
*
を得る。
（３）空気層率Ｅを５つの算出用データＥ
*
の平均値として算出する。
Ｌ
A
＝Ｓ
A
／２・・・（Ｉ）
Ｌ
B
＝Ｓ
B
／２・・・（II）
Ｅ
*
＝Ｌ
B
／Ｌ
A
・・・（III）
【請求項５】
上記ガスセンサ素子の長手方向と直交する平面で上記先端領域内の上記信号リード部を上記長手方向に等間隔に切断して得られる１０個の断面中に、上記空気層領域が存在する断面が２個以上存在する、請求項４に記載のガスセンサ素子。
【請求項６】
上記空気層の厚みＴ１が０．５～５μｍである、請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。
【請求項７】
上記空気層の厚みＴ１に対する上記信号リード部の厚みＴ２の比Ｔ２／Ｔ１が２～１５である、請求項１～３のいずれか１項に記載のガスセンサ素子。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象ガス濃度を検出するガスセンサ素子に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
車両用の内燃機関等の排気系には、排ガス等の被測定ガス中における特定ガス濃度（例えば、酸素濃度）を検出するガスセンサが配設されている。このようなガスセンサには、酸素イオン伝導性の固体電解質体と測定電極と基準電極とから構成されたセンサセルを有するガスセンサ素子が内蔵されている。ガスセンサ素子としては、測定電極に一端が接続されて基端側へ延びる信号リード部を有するものがある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１６－１１８８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、排ガス規制が強化に伴い更なるエミッション低減が求められている。そのため、ガスセンサ素子にもさらなる精度向上が求められている。特に、車両走行中におけるエミッション低減が求められており、ガスセンサにおいても加熱状態などでのセンサ出力のばらつきの低減が求められている。
【０００５】
本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、センサ出力信頼性に優れたガスセンサ素子を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様は、酸素イオン伝導性を有する長尺状の固体電解質体（２）と測定電極（３）と基準電極（４）とから構成されたセンサセル（１０）と、
上記測定電極に接続されるとともに基端側に伸びる信号リード部（５）と、を有するガスセンサ素子（１）であって、
該ガスセンサ素子の測定対象ガスとの接触領域（１１）の先端側５０％にある先端領域には、空気層（６１）が上記信号リード部の固体電解質側接地面（５１）に形成されている、ガスセンサ素子にある。
【発明の効果】
【０００７】
上記ガスセンサ素子の先端領域には、空気層が信号リード部の固体電解質側接地面に形成されている。空気層によって、先端領域における信号リード部の絶縁性が高くなっている。そのため、測定対象ガスが信号リード部に接触した際に生じうる電極反応が抑制される。これにより、例えば信号リード部のような測定電極以外の部分での起電力やリーク電流が抑制され、ガスセンサ素子はセンサ出力信頼性に優れたものとなる。
【０００８】
一般にガスセンサ素子では先端側がより高温になる傾向がある。そして、高温になるほど例えば信号リード部のような測定電極以外の部分での起電力やリーク電流が発生する可能性が高くなる。上記ガスセンサ素子では、空気層によって高温状態でも先端領域の絶縁性が確保され、信号リード部での起電力やリーク電流が抑制される。したがって、ガスセンサ素子は高温状態でのセンサ出力信頼性にも優れる。
【０００９】
以上のごとく、上記態様によれば、センサ出力信頼性に優れたガスセンサ素子を提供することができる。
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施形態１における、ガスセンサ素子の側面図である。
図２は、実施形態１における、保護層を取り除いた状態のガスセンサ素子の側面図である。
図３は、実施形態１における、保護層を取り除いた状態のガスセンサ素子の先端領域断面図である。
図４は、実施形態１における、先端領域に位置する信号リード部近傍の走査型電子顕微鏡写真（倍率４０００倍）である。
図５は、実施形態１における、径方向と平行な平面でのガスセンサ素子の側面図（倍率５０倍）である。
図６は、図４における信号リード部の模式図である。
図７は、図４における空気層の模式図である。
図８は、実施形態１における、ガスセンサ素子の先端領域における部分模式図である。
図９は、実施形態１における、信号リード部及び空気層の厚みを示す信号リード部近傍の走査型電子顕微鏡写真（倍率４０００倍）である。
図１０は、実施形態２における、ガスセンサ素子の側面図である。
図１１は、実施形態３における、ガスセンサ素子の側面図である。
図１２は、実施形態３における、保護層を取り除いた状態のガスセンサ素子の先端領域断面図である。
図１３は、実験例１における、先端領域に位置する信号リード部近傍の走査型電子顕微鏡写真（倍率４０００倍）である。
図１４は、図１３におけるピクセル座標と輝度との関係を示すグラフである。
図１５は、図１３におけるピクセル座標と輝度の移動平均の最大値に対する比との関係を示すグラフである。
図１６は、実験例１における、先端領域内の信号リード部を長手方向に等間隔に切断して得られる１０個の断面中に空気層領域が存在する断面の数と、センサ出力ばらつきとの関係を示すグラフである。
図１７は、実験例２における、先端領域に位置する信号リード部近傍の走査型電子顕微鏡写真（倍率４０００倍）である。
図１８は、図１７におけるピクセル座標と輝度との関係を示すグラフである。
図１９は、図１７におけるピクセル座標と輝度の移動平均の最大値に対する比との関係を示すグラフである。
図２０は、実験例３における、空気層の厚みとセンサ出力ばらつきとの関係を示すグラフである。
図２１は、実験例３における、空気層の厚みＴ１と信号リード部の厚みＴ２との比Ｔ２／Ｔ１と、センサ出力ばらつきとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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